CN111896965B - 一种激光测距校准方法及可自动校准的激光测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光测距技术领域，公开了一种激光测距校准方法及可自动校准的激光测距仪，所述激光测距仪包括测距仪本体和目标物；测距仪本体包括反射装置、光学窗口、激光测距装置、陀螺仪和控制装置；其中：控制装置内储存有校准模型；激光测距装置用于通过发射及接收激光的方式检测所述测距仪本体与目标物之间的最短距离；陀螺仪用于检测所述测距仪本体当前的安装偏角；反射装置安装于所述激光测距装置的激光发射前方，并用于根据所述控制装置的控制校准所述激光测距装置所发射的激光反射方向；综上，使得本发明所提供的激光测距仪无论存在多大的安装偏角，均可保持激光的水平射出，提高测距精度并降低安装难度。

Description

一种激光测距校准方法及可自动校准的激光测距仪

技术领域

本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种激光测距校准方法及可自动校准的激光测距仪。

背景技术

激光测距仪，是利用激光对目标距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标发射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，进而计算出从观测点到目标位置的距离。现有激光测距仪具有重量轻、体积小、检测测速快的优点。

随着现代技术的发展，激光测距仪被广泛应用至汽车及移动机器人的移动定位、避障和导航等功能中。但是，结合图1所示，在实现激光测距仪的测距定位时，为保证定位的精准性，需保证激光测距仪始终以水平的状态向目标物发射检测激光，一旦激光测距仪存在倾斜偏差时，其对应所检测到的距离也存在偏差，导致定位信息不准，而实现激光测距仪的精准水平安装又存在较大难度，因此在汽车及移动机器人上很难利用激光测距仪进行高精度的定位测距。

基于上述问题可知，提出一种测距效果更为精准的激光测距仪显得十分必要。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光测距校准方法及可自动校准的激光测距仪；具体，本发明在激光测距仪内设置了校测安装偏角的陀螺仪，配合陀螺仪设置了可自动转动校准的反射装置，以此使得本发明所提供的激光测距仪无论存在多大的安装偏角，均可保持激光的水平射出，提高测距精度并降低安装难度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光测距校准方法，涉及激光测距仪，且激光测距仪内部安装有检测安装偏角的陀螺仪、及可转动校准激光发射方向的反射装置，所述校准方法包括如下步骤：

对所述激光测距仪进行测距训练，获取训练数据，并根据训练数据构建所述陀螺仪与所述反射装置之间的校准模型，将校准模型储存于所述激光测距仪中；

安装所述激光测距仪，并基于所述陀螺仪检测所述激光测距仪的当前安装偏角；

基于所述安装偏角和所述校准模型，执行所述反射装置的自动校准。

一种可自动校准的激光测距仪，包括测距仪本体和目标物，所述测距仪本体用于以非倾斜的方向向所述目标物发射激光，检测所述测距仪本体与目标物之间的最短距离：

所述测距仪本体包括反射装置、光学窗口、激光测距装置、陀螺仪和控制装置；其中：

所述控制装置内储存有校准模型；

所述激光测距装置与控制装置连接，用于通过发射及接收激光的方式检测所述测距仪本体与目标物之间的最短距离；

所述陀螺仪与控制装置连接，用于检测所述测距仪本体当前的安装偏角；

所述反射装置与控制装置连接，安装于所述激光测距装置的激光发射前方，并用于根据所述控制装置的控制校准所述激光测距装置所发射的激光反射方向；

所述光学窗口安装于所述反射装置的一侧，用于使经所述反射装置反射的激光射出。

作为本发明的一可实施结构，所述控制装置包括校准模块和测距模块；

所述校准模块包括：

校准储存单元，用于储存所述校准模型；

校准获取单元，用于获取所述陀螺仪所检测的当前安装偏角；

校准计算单元，用于根据所述校准模型和当前安装偏角计算所述反射装置的校准数据；

校准控制单元，用于根据所述计算单元计算的校准数据控制所述反射装置执行校准；

所述测距模块包括：

测距控制单元，用于控制所述激光测距装置执行测距；

测距获取单元，用于获取所述激光测距装置执行测距时的测距数据；

测距计算单元，用于根据所述测距数据计算所述测距仪本体与目标物之间的距离；

测距储存单元，用于储存所述测距计算单元的计算结果。

作为本发明的一可实施结构，所述反射装置包括一可转动的激光反射板，所述激光反射板靠近所述激光测距装置的一侧用于反射激光。

作为本发明的一可实施结构，所述反射装置还包括导向限位装置，且所述导向限位装置包括两个同心设置的弧形导板，两个所述弧形导板分别为第一导板和第二导板，且两个弧形导板分别于所述激光反射板的两端滑动连接。

作为本发明的一可实施结构，所述反射装置还包括转动驱动装置，且所述转动驱动装置包括一驱动电机，用于驱动所述激光反射板转动。

作为本发明的一可实施结构，所述安装板的两端分别于第一导板和第二导板滑动连接；所述安装板与所述驱动电机的连接处位于第一导板和第二导板的圆心处；所述安装板和所述驱动电机的连接处与所述安装板和所述激光反射板的连接处错位。

作为本发明的一可实施结构，所述测距仪本体还包括安装外壳，所述反射装置、激光测距装置、陀螺仪和控制装置均设置于安装外壳的内部，所述光学窗口设置于安装外壳的一侧壁上。

作为本发明的一可实施结构，所述测距仪本体还包括数据传输装置，用于传输所述激光测距装置测距所得的所述测距仪本体与目标物之间的最短距离。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

在本发明中，设置了相互配合的反射装置和陀螺仪，其中陀螺仪用于检测激光测距仪的安装偏角，反射装置用于根据安装偏角实现激光测距仪发射的激光角度校准，从而保证本发明所提供的激光测距仪能始终保持激光的无倾斜发射，有效提高测距精度并降低安装难度。

针对上述反射装置与陀螺仪的配合，通过测距训练建立相应的校准模型，从而有效保证激光测距仪校准时的准确性。

针对上述反射装置，主要由一个可转动的激光反射板构成，具有结构简单、成本低的优点。

针对上述可转动的激光反射板，对应设有导向限位装置，以有效保证其转动时的稳定性。

另外，还设有错位设置的驱动装置，在该错位设置的方式下，保证激光测距仪无论处于何种尺寸的安装偏角下，其校准后的无倾斜激光在目标物上的反射点均相同，从而进一步提高测距精度；同时，还保证本发明所提供的激光测距仪能有效适用于微小物体的测距，不会出现校准后在当前位置检测不到目标物的情况。

附图说明

图1为现有激光测距仪的使用原理示意图；

图2为本发明所提供的激光测距仪无偏角安装时的使用原理示意图；

图3为本发明所提供的激光测距仪有偏角安装时的使用原理示意图；

图4为图3中的A处放大图；

图5为图3中的B处放大图；

图6为本发明所提供的激光测距仪的立体结构示意图；

图7为本发明所提供的激光测距仪中反射装置的立体结构示意图；

图8为本发明所提供的激光测距仪中控制装置的结构框图；

图中：10-测距仪本体、1-安装外壳、2-反射装置、21-第一导板、22-第二导板、23-激光反射板、24-安装板、25-驱动电机、3-光学窗口、4-激光测距装置、5-陀螺仪、6-控制装置、61-校准模块、62-测距模块、20-目标物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，提供了一种激光测距校准方法，涉及激光测距仪，且激光测距仪内部安装有检测安装偏角的陀螺仪、及可转动校准激光发射方向的反射装置，校准方法包括如下步骤：

对激光测距仪进行测距训练，获取训练数据，并根据训练数据构建陀螺仪与反射装置之间的校准模型，将校准模型储存于激光测距仪中；

关于上述对激光测距仪的测距训练方式，在本发明实施例中不做具体限定。

示例的，取一激光测距仪作为样品，将该样品安装于可转动的检测平台采用现有技术中的任意一种可转动平台上，在检测平台前方安装一感应管图中未示出，该感应管为圆柱形空心管，且空心管靠近检测平台的一端保持导通，远离检测平台的一端安装有感应装置，用于感应是否有激光穿过感应管而照射于感应装置上。

在检测时，通过转动检测平台带动激光测距仪进行转动，其中在初始状态图2所示状态下，陀螺仪所定位的安装偏角为0，反射装置的校准角度或校准弧度也为0，此时整体激光测距仪以图2所示状态向感应管发射激光，激光以完全水平的状态照射于感应装置上，开启整个测距训练过程。随着检测平台的转动，带动整体激光测距仪进行转动，从而使得激光的发射方向也随之改变，此时感应管则无法感应到激光，陀螺仪检测到此时的转动角度安装偏角为a，停止检测平台的转动，启动反射装置进行转动校准，直至感应管重新以上述初始状态中相同的状态感应到激光测距仪所发射的激光，获取此时反射装置的校准角度或校准弧度为b，则使安装偏角a与校准角度或校准弧度b之前建立对应关系。重复执行多次上述的测距训练过程，以通过多组对应关系构建完整的校准模型。

安装激光测距仪，并基于陀螺仪检测激光测距仪的当前安装偏角；

基于安装偏角和校准模型，执行反射装置的自动校准。

具体，若安装偏角为a，便基于上述测距训练过程中所构建的校准模型控制反射装置自动校准至校准角度或校准弧度为b的状态，由此实现整体激光测距仪的自动校准，即使得本发明激光测距仪所发射的激光始终呈水平状态，不受安装偏角的影响，保证使用过程中的测距精度，并降低安装难度。

在本发明实施例中，还提供了一种可自动校准的激光测距仪，具体本实施例的激光测距仪采用上述实施例所公开的激光测距校准方法进行校准测距，从而获得高准确度的测距结果。

请参阅图2-图8所示，本实施例所提供的激光测距仪包括测距仪本体10和目标物20，测距仪本体10用于以非倾斜的方向向目标物20发射激光，检测测距仪本体10与目标物20之间的最短距离；

测距仪本体10包括反射装置2、光学窗口3、激光测距装置4、陀螺仪5和控制装置6；其中：

控制装置6内储存有校准模型；

激光测距装置4与控制装置6连接，用于通过发射及接收激光的方式检测测距仪本体10与目标物20之间的最短距离；

陀螺仪5与控制装置6连接，用于检测测距仪本体10当前的安装偏角；

反射装置2与控制装置6连接，安装于激光测距装置4的激光发射前方，并用于根据控制装置6的控制校准激光测距装置4所发射的激光反射方向；

光学窗口3安装于反射装置2的一侧，用于使经反射装置2反射的激光射出。

在本实施例中，结合图8所示，关于控制装置6，作为一可实施方式，具体应包括校准模块61和测距模块62，其中：

校准模块61包括：

校准储存单元，用于储存校准模型；

校准获取单元，用于获取陀螺仪5所检测的当前安装偏角；

校准计算单元，用于根据校准模型和当前安装偏角计算反射装置2的校准数据；

校准控制单元，用于根据计算单元计算的校准数据控制反射装置2执行校准；

测距模块62包括：

测距控制单元，用于控制激光测距装置4执行测距；

测距获取单元，用于获取激光测距装置4执行测距时的测距数据；

测距计算单元，用于根据测距数据计算测距仪本体10与目标物20之间的距离；

测距储存单元，用于储存测距计算单元的计算结果。

综上，基于上述结构，能有效满足整体激光测距仪在执行测距及校准时的控制需求。

在本实施例中，结合图6和图7所示，关于反射装置2，包括一可转动的激光反射板23，激光反射板23靠近激光测距装置4的一侧用于反射激光。

具体的，关于激光反射板23的转动校准原理为：当整体测距仪本体10存在安装偏角时，对应的，激光测距装置4、陀螺仪5与激光反射板23均存在相同的偏角，此时激光测距装置4所发射的激光角度出现偏差，使得激光经激光反射板23反射后所形成的角度也产生偏差，即使得整体测距仪本体10所发射的激光形成倾斜状态；在此状态下，调整激光反射板23的角度，以此使得激光在激光反射板23上所形成的反射角发生改变，进而使得反射后的激光方向改变，由此能有效将倾斜状态的激光回调至非倾斜状态，完成校准。

在本实施例中，进一步的，请继续参阅图6和图7所示，关于反射装置2，还包括导向限位装置，且导向限位装置包括两个同心设置的弧形导板，两个弧形导板分别为第一导板21和第二导板22，且两个弧形导板分别于激光反射板23的两端滑动连接。基于此，有效提高激光反射板23在转动校准过程中的稳定性，从而避免因激光反射板23的偏差而引起测距偏差。

在本实施例中，具体结合图7所示，关于激光反射板23与第一导板21和第二导板22的滑动连接形式，提供一种可实施方式：在第一导板21和第二导板22的内壁上开设有弧形滑槽，在激光反射板23的两端设置滑块，使得滑块配合于弧形滑槽内，实现滑动连接。

在本实施例中，进一步的，请继续参阅图6和图7所示，关于反射装置2，还包括转动驱动装置，且转动驱动装置包括一驱动电机25，用于驱动激光反射板23转动。

在本实施例中，更进一步的，请继续参阅图6和图7所示，关于转动驱动装置，还包括一安装板24，且安装板24用于连接驱动电机25与激光反射板23。

在本实施例中，关于安装板24，优选的：

安装板24的两端分别于第一导板21和第二导板22滑动连接，且滑动连接方式可与激光反射板23相同；

安装板24与驱动电机25的连接处位于第一导板21和第二导板22的圆心处；安装板24和驱动电机25的连接处与安装板24和激光反射板23的连接处错位。

其中，关于上述错位具体可参考图2-图7中的结构所示，并且由图2及图3的原理示意图可知，在该错位设置的方式下，使得激光经反射装置2反射后的发射位置与初始状态下的发射位置相同，对应即表示为：无论测距仪本体10处于何种尺寸的安装偏角下，其校准后的非倾斜激光在目标物20上的反射点均相同，进一步提高测距精度，同时还保证本发明实施例所提供的激光测距仪能有效适用于微小物体的距离检测，不会出现校准后在当前位置检测不到目标物20的情况。

具体，关于激光反射板23、安装板24与驱动电机25的实际错位尺寸可根据实际生产需要进行限定，在本发明实施例中不做具体限定。并且该尺寸同样可以根据激光测距校准方法中所提到的测距训练进行测试获取。

另外，在本优选实施例下，关于激光反射板23的校准数据可优选为转动弧度表示，且结合图2-图5的原理示意图所示：

图2中，虚线表示为安装板24，实线表示为激光反射板23，整体状态表示为安装偏角为0、校准弧度为0的初始状态；

图3中，虚线表示为整体激光测距仪处于初始状态，实线表示为整体激光测距仪处于安装偏角为a的状态，在实线所示的状态下对应产生激光反射板23的校准，具体其校准弧度参考图4及图5所示；

图4中，表示为激光反射板23一端的校准弧度，其中h1表示为校准弧度为0时的激光反射板23定位位置，h2即表示为安装偏角为a时激光反射板23一端的校准弧度；

图5中，表示为激光反射板23另一端的校准弧度，其中h3表示为校准弧度为0时的激光反射板23定位位置，h4即表示为安装偏角为a时激光反射板23另一端的校准弧度。

在本实施例中，关于测距仪本体10还包括安装外壳1，反射装置2、激光测距装置4、陀螺仪5和控制装置6均设置于安装外壳1的内部，光学窗口3设置于安装外壳1的一侧壁上。基于此实现对整体测距仪本体10各结构的防护安装。

在本实施例中，关于测距仪本体10还包括数据传输装置，用于传输激光测距装置4测距所得的测距仪本体10与目标物20之间的最短距离。由此，使得整体测距仪本体10在安装于汽车及移动机器人上时能有效进行测距结果的反馈，以便于配合汽车及移动机器人实现智能化控制。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种激光测距校准方法，其特征在于，涉及激光测距仪，且激光测距仪内部安装有检测安装偏角的陀螺仪、及可转动校准激光发射方向的反射装置，所述校准方法包括如下步骤：

对所述激光测距仪进行测距训练，获取训练数据，并根据训练数据构建所述陀螺仪与所述反射装置之间的校准模型，将校准模型储存于所述激光测距仪中；

安装所述激光测距仪，并基于所述陀螺仪检测所述激光测距仪的当前安装偏角；

基于所述安装偏角和所述校准模型，执行所述反射装置的自动校准。

2.一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：包括测距仪本体(10)和目标物(20)，所述测距仪本体(10)用于以非倾斜的方向向所述目标物(20)发射激光，检测所述测距仪本体(10)与所述目标物(20)之间的最短距离；

所述测距仪本体(10)包括反射装置(2)、光学窗口(3)、激光测距装置(4)、陀螺仪(5)和控制装置(6)；其中：

所述控制装置(6)内储存有校准模型；

所述激光测距装置(4)与控制装置(6)连接，用于通过发射及接收激光的方式检测所述测距仪本体(10)与目标物(20)之间的最短距离；

所述陀螺仪(5)与控制装置(6)连接，用于检测所述测距仪本体(10)当前的安装偏角；

所述反射装置(2)与控制装置(6)连接，安装于所述激光测距装置(4)的激光发射前方，并用于根据所述控制装置(6)的控制校准所述激光测距装置(4)所发射的激光反射方向；

所述光学窗口(3)安装于所述反射装置(2)的一侧，用于使经所述反射装置(2)反射的激光射出；

所述控制装置(6)包括校准模块(61)和测距模块(62)；

所述校准模块(61)包括：

校准储存单元，用于储存所述校准模型；

校准获取单元，用于获取所述陀螺仪(5)所检测的当前安装偏角；

校准计算单元，用于根据所述校准模型和当前安装偏角计算所述反射装置(2)的校准数据；

校准控制单元，用于根据所述计算单元计算的校准数据控制所述反射装置(2)执行校准；

所述测距模块(62)包括：

测距控制单元，用于控制所述激光测距装置(4)执行测距；

测距获取单元，用于获取所述激光测距装置(4)执行测距时的测距数据；

测距计算单元，用于根据所述测距数据计算所述测距仪本体(10)与目标物(20)之间的距离；

测距储存单元，用于储存所述测距计算单元的计算结果。

3.根据权利要求2所述的一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：所述反射装置(2)包括一可转动的激光反射板(23)，所述激光反射板(23)靠近所述激光测距装置(4)的一侧用于反射激光。

4.根据权利要求3所述的一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：所述反射装置(2)还包括导向限位装置，且所述导向限位装置包括两个同心设置的弧形导板，两个所述弧形导板分别为第一导板(21)和第二导板(22)，且两个弧形导板分别于所述激光反射板(23)的两端滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：所述反射装置(2)还包括转动驱动装置，且所述转动驱动装置包括一驱动电机(25)，用于驱动所述激光反射板(23)转动。

6.根据权利要求5所述的一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：所述转动驱动装置还包括一安装板(24)，且安装板(24)用于连接所述驱动电机(25)与所述激光反射板(23)。

7.根据权利要求6所述的一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：

所述安装板(24)的两端分别于第一导板(21)和第二导板(22)滑动连接；

所述安装板(24)与所述驱动电机(25)的连接处位于第一导板(21)和第二导板(22)的圆心处；

所述安装板(24)和所述驱动电机(25)的连接处与所述安装板(24)和所述激光反射板(23)的连接处错位。

8.根据权利要求2所述的一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：所述测距仪本体(10)还包括安装外壳(1)，所述反射装置(2)、激光测距装置(4)、陀螺仪(5)和控制装置(6)均设置于安装外壳(1)的内部，所述光学窗口(3)设置于安装外壳(1)的一侧壁上。

9.根据权利要求2所述的一种可自动校准的激光测距仪，其特征在于：所述测距仪本体(10)还包括数据传输装置，用于传输所述激光测距装置(4)测距所得的所述测距仪本体(10)与目标物(20)之间的最短距离。

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